Uvod


Prostorni podaci su namenjeni skladištenju, manipulaciji i analizi informacija o nekim prostornim fenomenima. Na primer, izmerena temperatura u jednoj tački može da predstavlja jedan prostorni podatak. Prostorni podatak je najčešće reprezentacija jednog prostornog fenomena u toj tački. U ovom slučaju to je temperatura, koja je prostorno-vremenski promenljiva. Prema tome, prostorni podaci opisuju prostorne fenomene i kao takvi, prilagođeni su prirodi i karakteristikama prostornih fenomena:

  • Prostorni fenomeni mogu biti diskretni i kontinualni,
  • Pod diskretnim prostornim fenomenima se smatraju fenomeni koji se mogu opisati primarnim geometrijskim primitivima,
  • Diskretni prostorni fenomeni se obicno opisuju vektorskim podacima (lokacija, kuca, reka…),
  • Kontinualni prostorni fenomeni su obicno podložni prostornim i vremenskim promenama i obično se opisuju rasterskim podacima.
  • Kad kažemo vektorski podaci, obično mislimo na tačku liniju i poligon.

sf paket


Razvoj novih tehnologija i softvera otvorenog koda za rad sa prostornim podacima, kao i standarda u ovoj oblasti, zahteva jednostavniji i efikasniji pristup nad podacima. R paket sp je razvijen da proširi R funkcionalnosti klasama i metodama namenjenim prostornim podacima. Postoje opravdani razlozi za prelazak na „najsavremeniju“ sf klasu, koja omogućava interoperabilnost i efikasnije rukovanje prostornim podacima. Paket sf je R paket za čitanje, čuvanje, rukovanje i manipulaiciju prostornim podacima u R okruženju, putem pristupa koji se naziva simple feature. Simple feature je međunarodni standard za predstavljanje i kodiranje prostornih podataka, predstavljenih putem geometrije tipa tačka, linija i poligon (ISO, 2004). Najvažniji razlog za upotrebu ovog pristupa je bolja manipulacija geometrijom prostornih podataka i jednostavan način za čuvanje geometrije u podacima, tj. jednom redu data.frame-a , čime se u potpunosti mogu iskoristiti funkcionalnosti familije paketa tidyverse.

Zadatak - Prostorizacija vrednosti emisije zagađenja na području Republike Srbije


Tekst zadatka

Vrednosti emisije zagađenja po polutantima SO2, NOx, PM10, PM2.5, NMVOC i NH3 prostorizovati po izvorima zagađenja (tačkastih, linijskih i površinskih kategorija). Vrednosti sumirati po ćelijama grida za područje teritorije Republike Srbije.

  • Učitati u R okruženje izvore zagađivača sa vrednostima po svim polutantima. Podaci su u vektorskom obliku, u formatu ESRI shapefile.
  • Učitati u R okruženje jedinstveni grid za teritoriju Republike Srbije, prostorne rezolucije 0.05° x 0.05°.
  • Uraditi presek geometrijskih entiteta sa gridom.
  • Sumirati vrednosti polutanata po ćelijama grida.
  • Kreirati jedinstveni grid u kome ćelije grida imaju agregirane vrednosti po svim kategorijama.
  • Uraditi vizuelizaciju podataka.
  • Grid sačuvati u geopackage formatu za razmenu prostornih podataka, kao i gridovane podatke po kategorijama kao posebne lejere.

Podaci su dobijeni za sledeće kategorije:

  • 1A1a - Public electricity production (tačkasti izvor)
  • 1A3bi_R - Road Transport: Passengers cars - Rural transport (linijski izvor)
  • 3Da1 - Inorganic N-fertilizers (površinski izvor)
Slika 1

Učitavanje podataka


Učitavanje tačkastih izvora zagađivača i transformacija:

## Reading layer `1A1a_ep' from data source `D:\R_projects\Nauka_R\Slides\R\Spatial data vezbe\Data\1A1a_ep.shp' using driver `ESRI Shapefile'
## Simple feature collection with 21 features and 14 fields
## geometry type:  POINT
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 353634.2 ymin: 4795824 xmax: 587823.5 ymax: 5105985
## projected CRS:  WGS 84 / UTM zone 34N
## Simple feature collection with 21 features and 14 fields
## geometry type:  POINT
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 353634.2 ymin: 4795824 xmax: 587823.5 ymax: 5105985
## projected CRS:  WGS 84 / UTM zone 34N
## First 10 features:
##         NOx        SO2        PM10      PM2_5      NMVOC NH3 Unit Quantty Type
## 1   11.5790  0.6673455  0.09684276 0.03978916 0.08637947   0   NA      NA   NA
## 2   72.5170  4.1750000  1.06799662 0.43880094 0.54097761   0   NA      NA   NA
## 3  284.5313 36.2251000  3.57381777 1.46835164 2.12260659   0   NA      NA   NA
## 4   27.4530  1.1820151  0.19795276 0.08133158 0.20479968   0   NA      NA   NA
## 5  112.1674 27.8750000  2.25393515 0.92605991 0.83677002   0   NA      NA   NA
## 6   21.2126  1.2580000  0.42127192 0.17308530 0.15824623   0   NA      NA   NA
## 7   23.1560  0.9121350  0.21193984 0.08707837 0.17274401   0   NA      NA   NA
## 8   39.2910 96.0010000 18.70001630 7.68315603 0.29311129   0   NA      NA   NA
## 9   51.9012  0.3656000  0.39069000 0.16052030 0.38718352   0   NA      NA   NA
## 10  23.6490  2.5205763  0.17792041 0.07310102 0.17642180   0   NA      NA   NA
##                                   X___10            Region         Area
## 1   Beogradske elektrane, TO Banovo brdo Beogradski region Grad Beograd
## 2         Beogradske elektrane, TO Cerak Beogradski region Grad Beograd
## 3  Beogradske elektrane, TO Novi Beograd Beogradski region Grad Beograd
## 4    Beogradske elektrane, TO Miljakovac Beogradski region Grad Beograd
## 5         Beogradske elektrane, TO Dunav Beogradski region Grad Beograd
## 6     Beogradske elektrane, TO Medaković Beogradski region Grad Beograd
## 7      Beogradske elektrane, TO Voždovac Beogradski region Grad Beograd
## 8         Beogradske elektrane, TO Zemun Beogradski region Grad Beograd
## 9     Beogradske elektrane, TO Konjarnik Beogradski region Grad Beograd
## 10     Beogradske elektrane, TO Mirijevo Beogradski region Grad Beograd
##                 Mncplty                Locatin                 geometry
## 1      Beograd-Čukarica     Beograd (Čukarica) POINT (453732.9 4958584)
## 2      Beograd-Čukarica     Beograd (Čukarica) POINT (453736.5 4953799)
## 3  Beograd-Novi Beograd Beograd (Novi Beograd) POINT (454145.1 4961030)
## 4      Beograd-Rakovica     Beograd (Rakovica) POINT (456831.2 4955267)
## 5    Beograd-Stari Grad   Beograd (Stari Grad)   POINT (456269 4963981)
## 6      Beograd-Voždovac     Beograd (Voždovac) POINT (459853.8 4958226)
## 7      Beograd-Voždovac     Beograd (Voždovac) POINT (459553.2 4955717)
## 8         Beograd-Zemun        Beograd (Zemun) POINT (451897.5 4965798)
## 9      Beograd-Zvezdara     Beograd (Zvezdara) POINT (453732.9 4958584)
## 10     Beograd-Zvezdara     Beograd (Zvezdara) POINT (463136.6 4959595)

Učitavanje linijskih izvora zagađivača i transformacija:

## Reading layer `1A3bi_R' from data source `D:\R_projects\Nauka_R\Slides\R\Spatial data vezbe\Data\1A3bi_R.shp' using driver `ESRI Shapefile'
## Simple feature collection with 1440 features and 23 fields
## geometry type:  LINESTRING
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 333615.1 ymin: 4656734 xmax: 657521.3 ymax: 5114098
## projected CRS:  WGS 84 / UTM zone 34N
## Simple feature collection with 1440 features and 23 fields
## geometry type:  LINESTRING
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 333615.1 ymin: 4656734 xmax: 657521.3 ymax: 5114098
## projected CRS:  WGS 84 / UTM zone 34N
## First 10 features:
##    ID is_PGDS PGDS_2015_ Name Kategrj Broj_pt Oznak_d Smer Oznk_pc Oznk_zv
## 1   1       0   1504.233  IIA     IIA     100   10001    O   10001    1301
## 2   2       1   1859.667  IIA     IIA     100   10002    O    1302   10002
## 3   3       0   4787.406  IIA     IIA     100   10003    O   10002     102
## 4   4       1   4787.371  IIA     IIA     100 10004o1    O     102   102.1
## 5   5       0   6670.213  IIA     IIA     100 10004o2    D   102.1   10003
## 6   6       0   6669.752  IIA     IIA     100 10004o3    L   10003   102.1
## 7   7       0   6670.213  IIA     IIA     100 10005o1    O   10003 10003.1
## 8   8       0   6666.552  IIA     IIA     100 10005o2    D 10003.1 10003.2
## 9   9       0   6670.213  IIA     IIA     100 10005o3    L 10003.2 10003.1
## 10 10       0   4273.142  IIA     IIA     100 10005o4    O 10003.2    1103
##    Duzina Stacinz                           Nazv_pc               Nzv_zvr
## 1   4.679   4.679 granica MA<U+00D0>/SRB (Horgoš 2)       Horgoš (put A1)
## 2  10.439  15.118                  Horgoš (Kanjiža)       Backi Vinogradi
## 3     3.5  18.618                   Backi Vinogradi petlja Subotica sever
## 4   2.349  20.967             petlja Subotica sever                <Null>
## 5   9.265  30.232                            <Null>     Subotica (centar)
## 6   9.244  <Null>                 Subotica (centar)                <Null>
## 7   0.983  31.215                 Subotica (centar)                <Null>
## 8   2.394  33.609                            <Null>                <Null>
## 9   2.402  <Null>                            <Null>                <Null>
## 10  2.934  36.543                            <Null>   Subotica (B.Topola)
##    Komentr PGDS_2015       NOx        SO2       PM10      PM2_5     NMVOC
## 1   <Null>  1504.233 0.8676208 0.03817683 0.05566276 0.04222431 0.3049724
## 2   <Null>  1377.000 0.7942347 0.03494771 0.05095463 0.03865285 0.2791768
## 3   <Null>  4787.406 2.7613098 0.12150244 0.17715357 0.13438407 0.9706120
## 4   <Null>  6673.000 3.8488946 0.16935807 0.24692826 0.18731333 1.3529026
## 5   <Null>  6670.213 3.8472872 0.16928734 0.24682514 0.18723510 1.3523376
## 6   <Null>  6669.752 3.8470213 0.16927564 0.24680808 0.18722216 1.3522442
## 7   <Null>  6670.213 3.8472872 0.16928734 0.24682514 0.18723510 1.3523376
## 8   <Null>  6666.552 3.8451755 0.16919442 0.24668966 0.18713233 1.3515953
## 9   <Null>  6670.213 3.8472872 0.16928734 0.24682514 0.18723510 1.3523376
## 10  <Null>  4273.142 2.4646895 0.10845063 0.15812371 0.11994851 0.8663487
##           NH3     PGDS                       geometry
## 1  0.03728672 1504.233 LINESTRING (418315.4 511096...
## 2  0.03413289 1377.000 LINESTRING (410263.6 510721...
## 3  0.11866955 4787.406 LINESTRING (406835.8 510659...
## 4  0.16540940 6673.000 LINESTRING (404627.4 510609...
## 5  0.16534032 6670.213 LINESTRING (398266.3 510462...
## 6  0.16532890 6669.752 LINESTRING (404627.1 510609...
## 7  0.16534032 6670.213 LINESTRING (397392 5104191,...
## 8  0.16524957 6666.552 LINESTRING (397840.2 510196...
## 9  0.16534032 6670.213 LINESTRING (397394.8 510419...
## 10 0.10592205 4273.142 LINESTRING (396709.4 509936...

Učitavanje površinskih izvora zagađivača - pomoćni podaci i transformacija:

## Reading layer `CLC18_RS' from data source `D:\R_projects\Nauka_R\Slides\R\Spatial data vezbe\Data\CLC18_RS.shp' using driver `ESRI Shapefile'
## Simple feature collection with 34794 features and 6 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 331043.4 ymin: 4674468 xmax: 663570 ymax: 5117030
## projected CRS:  ETRS89 / UTM zone 34N
## Simple feature collection with 34794 features and 6 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 331043.4 ymin: 4674468 xmax: 663570 ymax: 5117030
## projected CRS:  ETRS89 / UTM zone 34N
## First 10 features:
##       ID CODE_18  Area_Ha Remark SHAPE_Leng SHAPE_Area
## 1   RS_1     111 57.65009   <NA>   6456.549   576500.9
## 2   RS_2     111 37.62057   <NA>   5540.471   376205.7
## 3   RS_3     111 35.45603   <NA>   3725.036   354560.3
## 4   RS_4     111 25.14260   <NA>   4178.823   251426.0
## 5   RS_5     112 42.43190   <NA>   4099.389   424319.0
## 6   RS_6     112 67.68868   <NA>   4377.618   676886.8
## 7   RS_7     112 28.49615   <NA>   2736.777   284961.5
## 8   RS_8     112 25.46822   <NA>   2175.572   254682.2
## 9   RS_9     112 39.81418   <NA>   3961.963   398141.8
## 10 RS_10     112 34.70737   <NA>   2637.301   347073.7
##                          geometry
## 1  POLYGON ((574615.8 4796652,...
## 2  POLYGON ((572794.7 4796959,...
## 3  POLYGON ((457109.9 4962932,...
## 4  POLYGON ((397083.5 5106354,...
## 5  POLYGON ((555111.5 4676318,...
## 6  POLYGON ((555062.8 4679080,...
## 7  POLYGON ((560340.8 4680704,...
## 8  POLYGON ((553657.7 4681341,...
## 9  POLYGON ((559394.7 4682410,...
## 10 POLYGON ((553051 4682493, 5...

Učitavanje grida i transformacija u koordinatni sistem u projekciji (UTM projekcija, 34N zona / WGS84 elipsoid):

## Reading layer `Grid_Serbia_005' from data source `D:\R_projects\Nauka_R\Slides\R\Spatial data vezbe\Data\Grid_Serbia_0.05deg.gpkg' using driver `GPKG'
## Simple feature collection with 3769 features and 6 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 18.8 ymin: 42.2 xmax: 23 ymax: 46.2
## geographic CRS: WGS 84
## Simple feature collection with 3769 features and 6 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 18.8 ymin: 42.2 xmax: 23 ymax: 46.2
## geographic CRS: WGS 84
## First 10 features:
##     left   top right bottom  id value                           geom
## 1  18.80 45.95 18.85  45.90   6     1 POLYGON ((18.8 45.95, 18.85...
## 2  18.80 45.90 18.85  45.85   7     1 POLYGON ((18.8 45.9, 18.85 ...
## 3  18.80 45.85 18.85  45.80   8     1 POLYGON ((18.8 45.85, 18.85...
## 4  18.85 45.95 18.90  45.90  96     1 POLYGON ((18.85 45.95, 18.9...
## 5  18.85 45.90 18.90  45.85  97     1 POLYGON ((18.85 45.9, 18.9 ...
## 6  18.85 45.85 18.90  45.80  98     1 POLYGON ((18.85 45.85, 18.9...
## 7  18.85 45.80 18.90  45.75  99     1 POLYGON ((18.85 45.8, 18.9 ...
## 8  18.85 45.75 18.90  45.70 100     1 POLYGON ((18.85 45.75, 18.9...
## 9  18.85 45.65 18.90  45.60 102     1 POLYGON ((18.85 45.65, 18.9...
## 10 18.85 45.60 18.90  45.55 103     1 POLYGON ((18.85 45.6, 18.9 ...

Presek i sumiranje vrednosti polutanata po kategorijama po ćelijama grida


1A1a - Public electricity production (tačkasti izvor)


## [1] "NOx"      "SO2"      "PM10"     "PM2_5"    "NMVOC"    "NH3"      "geometry"

Prostorizacija - sumiranje vrednosti tačkastih zagađivača po ćelijama grida:

Kontrola:

Vizuelizacija:

1A3bi_R - Road Transport: Passengers cars - Rural transport (linijski izvor)


Mreža puteva po kategorijama puteva:

Mreža puteva po vrednosti protoka saobraćaja:

Sumiranje ukupnih vrednosti po polutantima:

Presek sa gridom:

##       NOx    SO2   PM10  PM2_5   NMVOC    NH3
## 1 3099.65 136.39 198.86 150.85 1089.54 133.21
##       NOx    SO2   PM10  PM2_5   NMVOC    NH3
## 1 3099.65 136.39 198.86 150.85 1089.54 133.21

Prostorizacija - sumiranje vrednosti linijskih zagađivača po ćelijama grida:

Kontrola:

Vizuelizacija:

3Da1 - Inorganic N-fertilizers (površinski izvor)


Corine Land Cover karta (zemljišni pokrivač):

Ukupne vrednosti po polutantima:

##    NOx SO2 PM10 PM2_5 NMVOC      NH3
## 1 8.33   0    0     0     0 18028.55

Izdvajanje poljoprivrednog zemljišta (CLC classes) i presek sa gridom:

Presek sa gridom:

Interpolacija vrednosti po polutantima srazmerno površini entiteta:

Prostorizacija - sumiranje vrednosti površinskih zagađivača po ćelijama grida:

Kontrola:

Vizuelizacija:

Kreiranje jedinstvenog grida


## [1] "NOx: 4339.7786"
## [1] "SO2: 1910.84306396663"
## [1] "PM10: 323.042992264955"
## [1] "PM2_5: 201.872271321156"
## [1] "NMVOC: 1098.79137281681"
## [1] "NH3: 133.21"
## [1] "NOx: 4348.1086"
## [1] "SO2: 1910.84306396663"
## [1] "PM10: 323.042992264955"
## [1] "PM2_5: 201.872271321156"
## [1] "NMVOC: 1098.79137281681"
## [1] "NH3: 18161.76"
## Simple feature collection with 3769 features and 7 fields
## geometry type:  POLYGON
## dimension:      XY
## bbox:           xmin: 18.8 ymin: 42.2 xmax: 23 ymax: 46.2
## geographic CRS: WGS 84
## # A tibble: 3,769 x 8
##       id     NOx     SO2    PM10   PM2_5  NMVOC    NH3                      geom
##    <dbl>   <dbl>   <dbl>   <dbl>   <dbl>  <dbl>  <dbl>    <POLYGON [arc_degree]>
##  1     6 0.      0       0       0       0      0      ((18.8 45.95, 18.85 45.9~
##  2     7 4.25e-5 0       0       0       0      0.0920 ((18.8 45.9, 18.85 45.9,~
##  3     8 1.84e-4 0       0       0       0      0.398  ((18.8 45.85, 18.85 45.8~
##  4    96 1.23e-4 0       0       0       0      0.266  ((18.85 45.95, 18.9 45.9~
##  5    97 2.16e-1 0.00941 0.0137  0.0104  0.0751 4.31   ((18.85 45.9, 18.9 45.9,~
##  6    98 1.08e-1 0.00470 0.00686 0.00520 0.0376 1.70   ((18.85 45.85, 18.9 45.8~
##  7    99 0.      0       0       0       0      0      ((18.85 45.8, 18.9 45.8,~
##  8   100 0.      0       0       0       0      0      ((18.85 45.75, 18.9 45.7~
##  9   102 0.      0       0       0       0      0      ((18.85 45.65, 18.9 45.6~
## 10   103 0.      0       0       0       0      0      ((18.85 45.6, 18.9 45.6,~
## # ... with 3,759 more rows

Vizuelizacija